電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)學(xué)原理第五章ppt課件

1、第五章 系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),0,系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),基本內(nèi)容,5.1 簡介,5.2 輔助服務(wù)需求,5.3 輔助服務(wù)的獲取,5.4 輔助服務(wù)的購買,5.5 輔助服務(wù)銷售,5.6 推薦閱讀材料,1,系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),5.1 簡介,電能市場的良好運(yùn)營的重要前提條件是必須有一個堅實(shí)的物理電力系統(tǒng)。與其他商品相比，電力市場成員只能通過已有電力系統(tǒng)進(jìn)行電能買賣。 系統(tǒng)使用者必然希望電力系統(tǒng)具有一定的可靠性，也就是系統(tǒng)的所有組成元件都應(yīng)當(dāng)運(yùn)行在安全范圍內(nèi)。 對于一個由成千上萬個元件組成的系統(tǒng)來說，單個元件發(fā)生故障是很常見的事。 如：輸電線路出現(xiàn)負(fù)荷過載，造成線路松弛下垂發(fā)生短路事故；輸電線路還會受到惡劣天

2、氣的影響。,2,系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),簡介,為了能夠解決可能發(fā)生的事故，系統(tǒng)運(yùn)行人員需要考慮同時采用預(yù)防和校正措施。 制定預(yù)防措施是為了對可能事故做出預(yù)先處置，即使真的發(fā)生事故，也能確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行 在發(fā)生擾動之后需要采取校正措施，其目的是將擾動的影響限制在一定的范圍內(nèi) 隨著競爭性電力市場的建立，其中完成校正措施的有些資源已經(jīng)分流到另外一些行業(yè)成員手中。對于系統(tǒng)運(yùn)營商來說，這類資源已經(jīng)變成一種需要進(jìn)行付費(fèi)購買的商業(yè)服務(wù)，稱其為輔助服務(wù)。,系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),3,簡介,輔助服務(wù)的作用是保證電能的順利交易。專門建立有針對性的機(jī)制，確保輔助服務(wù)的有效供應(yīng)與成本回收。 首先分析電力系統(tǒng)中的擾動類型及不同

3、類型的擾動對系統(tǒng)安全的影響，選擇所需的輔助服務(wù)。 然后，將討論如何確定每類輔助服務(wù)的必需數(shù)量，并思考應(yīng)建立怎樣的獲取機(jī)制。 最后，將從輔助服務(wù)供應(yīng)商這一角度出發(fā)，考察應(yīng)當(dāng)怎樣將輔助服務(wù)與電能交易進(jìn)行整合， 從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)營效益最大化。,系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),4,基本內(nèi)容,5.1 簡介,5.2 輔助服務(wù)需求,5.3 輔助服務(wù)的獲取,5.4 輔助服務(wù)的購買,5.5 輔助服務(wù)銷售,5.6 推薦閱讀材料,5,系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),5.2.1 系統(tǒng)平衡,為了簡化整個系統(tǒng)范圍內(nèi)的發(fā)電與負(fù)荷平衡問題，假設(shè)所有的發(fā)電機(jī)與負(fù)荷都連接在同一條母線上。如果研究對象是一個互聯(lián)系統(tǒng)，那么該母線應(yīng)當(dāng)還連接所有其他地區(qū)與國家聯(lián)鉻線

4、的共同端點(diǎn)。 作出上述簡化假設(shè)后，僅需要考慮發(fā)電、負(fù)荷、頻率與電能交換數(shù)量這幾個系統(tǒng)變量。 只要滿足生產(chǎn)等于消費(fèi)這一條件，系統(tǒng)頻率及跨區(qū)電能交換量就恒定不變。,系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),6,系統(tǒng)不平衡的影響,發(fā)電與負(fù)荷的平衡經(jīng)常會受到多種因素的干擾，如負(fù)荷發(fā)生變化、發(fā)電機(jī)出力控制不準(zhǔn)確、偶發(fā)性的發(fā)電機(jī)組或互聯(lián)系統(tǒng)故障停運(yùn)等。 在孤立系統(tǒng)中，發(fā)電過剩將促使系統(tǒng)頻率上升，相反發(fā)電短缺將導(dǎo)致頻率下降。系統(tǒng)不平衡會引發(fā)頻率變化，變化程度取決于系統(tǒng)內(nèi)所有發(fā)電機(jī)與旋轉(zhuǎn)負(fù)荷所具有的轉(zhuǎn)動慣量。 在互聯(lián)系統(tǒng)中，局部性不平衡將影響與相鄰地區(qū)連接的聯(lián)絡(luò)線以及系統(tǒng)其余線路上的潮流。如果頻率偏差很大的話，系統(tǒng)可能會崩潰。,系

5、統(tǒng)安全與輔助服務(wù),7,自動發(fā)電控制服務(wù),自動發(fā)電控制的作用在于解決快速負(fù)荷波動與難以預(yù)測的較小程度發(fā)電變化問題。它可以使系統(tǒng)頻率穩(wěn)定在正常值或接近正常值的水平，減少與其他電力系統(tǒng)之間的不當(dāng)交換。 一般而言，自動發(fā)電控制服務(wù)主要由那些可以快速增減出力的機(jī)組提供。此類機(jī)組必須與電網(wǎng)相連，需要裝設(shè)一個調(diào)速器，并且它們常常需要在自動發(fā)電控制模式下運(yùn)行。,系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),8,負(fù)荷跟蹤服務(wù),負(fù)荷緩慢波動，尤其是那些電能市場沒有考慮到的各交易時段內(nèi)的負(fù)荷波動，則可以通過發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷跟蹤服務(wù)進(jìn)行處理。 自動發(fā)電控制的動作相對小一些，負(fù)荷跟蹤動作比較容易預(yù)測。 這兩種服務(wù)可將系統(tǒng)不平衡限制在接近于0的很小

6、范圍內(nèi)，使系統(tǒng)的頻率接近正常值，通常被用作預(yù)防性安全措施。,系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),9,備用服務(wù),備用服務(wù)主要用來消除那些可能危害系統(tǒng)穩(wěn)定的和難以預(yù)測的大電能偏差 備用服務(wù)可以分為旋轉(zhuǎn)備用與補(bǔ)充事故備用 提供旋轉(zhuǎn)備用的機(jī)組需要能夠立即對頻率變化作出響應(yīng)，擬定提供的全部備用容量必須在很短的時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)供應(yīng) 提供補(bǔ)充事故備用的機(jī)組則無需馬上作出響應(yīng) 隨著系統(tǒng)規(guī)模與可靠性標(biāo)準(zhǔn)的不同，上述參數(shù)可能會出現(xiàn)相當(dāng)大的變化,系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),10,平衡電能與平衡輔助服務(wù)的獲取,平衡電能與平衡輔助服務(wù)都會通過現(xiàn)貨電能市場交易，理想情況是能在兩者之間劃定一個清晰的界限。 然而各電力市場的規(guī)則設(shè)計存在相當(dāng)大的差異，這使

7、得不可能清楚地對平衡電能與平衡輔助服務(wù)進(jìn)行界定。 總的來說，若是開放市場關(guān)閉時點(diǎn)距離實(shí)時運(yùn)行時間很短，系統(tǒng)運(yùn)營商將能夠通過現(xiàn)貨電能市場購得大部分的平衡需求。然而如果開放市場是日前的，需要建立一套復(fù)雜的平衡服務(wù)獲取機(jī)制。,系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),11,備用響應(yīng),在考察機(jī)組的平衡服務(wù)供應(yīng)能力時，出力調(diào)整速度是最重要的影響因素。 在許多時候，機(jī)組在電網(wǎng)中的位置也有可能會影響它的平衡輔助服務(wù)供應(yīng)能力。 如果機(jī)組通過某一輸電走廊與系統(tǒng)主網(wǎng)架相連，但該輸電通道常常發(fā)生阻塞，機(jī)組的出力調(diào)整程度受到輸電線路約束的限制，那么它就不是一個合適的平衡輔助服務(wù)備選機(jī)組。 例5-3：系統(tǒng)在大規(guī)模發(fā)電停運(yùn)事故后的頻率與備用響

8、應(yīng)情況,系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),12,5.2.2 網(wǎng)絡(luò)問題,潮流傳輸限制 在真實(shí)的電力系統(tǒng)中，用戶與生產(chǎn)者分布在一個廣袤的地理范圍內(nèi)，他們之間通過電網(wǎng)連接在一起。隨著負(fù)荷與發(fā)電的變化，網(wǎng)絡(luò)各支路上的潮流和各節(jié)點(diǎn)上的電壓也會發(fā)生波動。 基于電力系統(tǒng)的不同狀態(tài)，擾動可能表現(xiàn)為以下幾 種形式： 網(wǎng)絡(luò)中的某條支路停運(yùn)之后，該支路所承載的潮流會在網(wǎng)絡(luò)其他部分重新分配。由于潮流超過熱容量限值，網(wǎng)絡(luò)中可能會有一條或多條支路發(fā)生過載。隨著越來越多的支路發(fā)生過載，最終可能導(dǎo)致整個系統(tǒng)完全崩潰。,系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),13,電力系統(tǒng)中的擾動形式,在發(fā)電機(jī)組或無功補(bǔ)償設(shè)備突然停運(yùn)時，系統(tǒng)可能會缺少足夠的無功支持。同樣，某

9、條重要線路停運(yùn)可能會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)無功損耗增加，達(dá)到超過系統(tǒng)所能提供的水平。此時，一部分地區(qū)甚至是整個網(wǎng)絡(luò)，可能會發(fā)生電壓崩潰。 過載十分嚴(yán)重的線路發(fā)生故障可能會導(dǎo)致一部分發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)角增加，這可能會引發(fā)局部網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)其他部分動態(tài)分離，進(jìn)而出現(xiàn)發(fā)電與負(fù)荷不平衡，最終使部分或整個區(qū)域發(fā)生系統(tǒng)崩潰。 運(yùn)行人員必須采取一定的預(yù)防性措施，避免此類事 情的發(fā)生。,系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),14,潮流傳輸限制,有些預(yù)防性措施的實(shí)施成本可能會非常低，或者可以忽略不計。 例如，系統(tǒng)運(yùn)行人員可以通過調(diào)整變壓器抽頭的位置、發(fā)電機(jī)電壓設(shè)定值，投切電容器或電抗器等手段，使電壓穩(wěn)定邊界得以提高。通過使用移相變壓器，他們還可以改變系統(tǒng)

10、中的有功潮流分布，避免系統(tǒng)在故障后出現(xiàn)過載。 隨著系統(tǒng)負(fù)荷水平的增加，一旦到達(dá)某一臨界點(diǎn)，唯一能保證系統(tǒng)安全運(yùn)行的手段只能是限制某些支路上的有功潮流。實(shí)際上，有功潮流約束的成本是真實(shí)存在的，有時還會非常高。例5-4,系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),15,電壓控制與無功支持服務(wù),為了增加電力網(wǎng)絡(luò)的潮流傳輸容量，系統(tǒng)運(yùn)行人員會調(diào)用各種無功資源。 其中有一些資源與無功控制設(shè)備、如機(jī)械投切式電容器與電抗器、靜止無功補(bǔ)償器、調(diào)壓變壓器等，通常由系統(tǒng)運(yùn)行人員直接控制，可以被任意使用。 發(fā)電機(jī)組是實(shí)現(xiàn)電壓控制的最佳選擇，系統(tǒng)運(yùn)行人員有時需要調(diào)用這些屬于發(fā)電公司的資源，為此需要定義一種電壓控制服務(wù)以反映此類情況。還可以引

11、入一項專門的業(yè)務(wù)，即出售無功支持或電壓控制服務(wù)。,系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),16,電壓控制服務(wù),電壓控制服務(wù)的定義不僅需要考慮系統(tǒng)在正常狀態(tài)下的運(yùn)行情況，還應(yīng)當(dāng)考慮那些難以預(yù)測的停運(yùn)可能產(chǎn)生的影響。在正常的運(yùn)行條件下，通過凋用無功資源，系統(tǒng)運(yùn)行人員可以將各母線上的電壓控制在接近正常值的很小范圍內(nèi): 0.95p.u. U 1.05p.u. p.u.為標(biāo)幺值的縮寫：標(biāo)幺值=有名值/基準(zhǔn)值 將輸電電壓控制在這一范圍內(nèi)，一方面是為了方便在配電網(wǎng)中進(jìn)行電壓調(diào)整，同時也是為了使輸電系統(tǒng)的運(yùn)行更加安全。設(shè)置電壓上限的目的是為了減少絕緣失敗風(fēng)險，而電壓下限的設(shè)置則比較隨意。,系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),17,電壓控制與無功

12、支持服務(wù),在正常情況下維持較高的電壓水平，它將有利于避免系統(tǒng)在出現(xiàn)突發(fā)性停運(yùn)時發(fā)生電壓崩潰。但是良好的電壓水平并不能保證系統(tǒng)的電壓安全，如果某一重載輸電線路停運(yùn)，它就會增加系統(tǒng)其他線路上的無功損耗，如果不能及時補(bǔ)充無功，系統(tǒng)就會發(fā)生電壓崩潰。 與正常運(yùn)行相比，系統(tǒng)在停運(yùn)事故后所需要的無功數(shù)量要大得多，因此電壓控制服務(wù)反映的不僅僅是正常運(yùn)行狀態(tài)下的電壓調(diào)整能力，同時它還需要能在緊急狀態(tài)下提供足夠的無功。 因此，電壓控制服務(wù)常常被稱為無功支持服務(wù)。例5-5：系統(tǒng)進(jìn)行無功支持后的變化情況。,系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),18,穩(wěn)定服務(wù),有些系統(tǒng)運(yùn)營商還可以通過發(fā)電機(jī)獲得其他網(wǎng)絡(luò)安全服務(wù)。 例如，聯(lián)鎖跳閘方案可

13、以解決暫態(tài)穩(wěn)定問題。這些方案不會影響電力系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)，但是在系統(tǒng)發(fā)生故障時，它們可以自動實(shí)現(xiàn)一些發(fā)電機(jī)與負(fù)荷的解列，從而確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定 同樣地，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器能夠?qū)Πl(fā)電機(jī)出力進(jìn)行微小調(diào)整，抑制電力網(wǎng)絡(luò)中可能出現(xiàn)的振蕩。此類穩(wěn)定器可以增加系統(tǒng)中傳輸?shù)某绷鲾?shù)量。,系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),19,5.2.3 系統(tǒng)恢復(fù),即使系統(tǒng)運(yùn)行人員已經(jīng)竭盡所能，但還是有極個別擾動最終會脫離他們的控制，最終導(dǎo)致整個電力系統(tǒng)崩潰。此時系統(tǒng)運(yùn)行人員需要盡可能迅速地將系統(tǒng)運(yùn)行恢復(fù)到正常情況。然而重新啟動大型火力發(fā)電機(jī)組需要相當(dāng)數(shù)量的電能，而在整個系統(tǒng)發(fā)生崩潰時很難實(shí)現(xiàn)這一要求。然而有些類型的發(fā)電機(jī)（如水力發(fā)電機(jī)組，以及一

14、些小型柴油發(fā)電機(jī)）可以手工啟動，或者通過貯存在電池中的電能實(shí)現(xiàn)啟動。 為保證系統(tǒng)在任何情況下都可以快速恢復(fù)運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行人員需要保證有足夠的系統(tǒng)恢復(fù)資源可供調(diào)用。這種輔助服務(wù)通常被稱為黑啟動能力。,系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),20,基本內(nèi)容,5.1 簡介,5.2 輔助服務(wù)需求,5.3 輔助服務(wù)的獲取,5.4 輔助服務(wù)的購買,5.5 輔助服務(wù)銷售,5.6 推薦閱讀材料,21,系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),輔助服務(wù)的獲取,系統(tǒng)運(yùn)行人員獲取輔助服務(wù)的方式有兩種： 強(qiáng)制要求其他行業(yè)成員提供一部分輔助服務(wù)； 將輔助服務(wù)的供應(yīng)市場化。,系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),22,5.3.1 輔助服務(wù)的強(qiáng)制供應(yīng),采用該方法時，一部分行業(yè)成員會

15、被強(qiáng)制要求提供特定類型的輔助服務(wù)，這是他們能夠接入電力系統(tǒng)的先決條件。如要求所有聯(lián)網(wǎng)的發(fā)電機(jī)組： 裝設(shè)調(diào)差系數(shù)為4%的調(diào)速器。確保所有機(jī)組均會對頻率調(diào)整起到相同的作用。 在功率因數(shù)位于0.85 (超前）到0.9(滯后）這一范圍內(nèi)時，能夠正常運(yùn)行，并且應(yīng)當(dāng)安裝自動電壓凋節(jié)器。確保系統(tǒng)電壓穩(wěn)定。,系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),23,輔助服務(wù)的強(qiáng)制供應(yīng)的不足,盡管強(qiáng)制供應(yīng)方法非常簡單， 但它并不是一個很經(jīng)濟(jì)的做法，并且會帶來一些操作上的困難： 上述強(qiáng)制規(guī)定可能會引發(fā)不必要的投資，造成輔助服務(wù)資源供應(yīng)量超過實(shí)際需要。例如，并不需要所有的機(jī)組都參與頻率控制，維護(hù)系統(tǒng)安全。 該方法很難鼓勵技術(shù)或商業(yè)革新。因為它規(guī)定

16、需要采用已有的技術(shù)提供輔助服務(wù)，所以行業(yè)成員沒有興趣去研究，而系統(tǒng)運(yùn)行人員也沒有動力去尋找更新、更為有效的輔助服務(wù)供應(yīng)方法。,系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),24,輔助服務(wù)的強(qiáng)制供應(yīng)的不足,對于輔助服務(wù)供應(yīng)者來說，強(qiáng)制供應(yīng)方法要求他們提供輔助服務(wù)，但由此引發(fā)的成本不能回收。例如，有發(fā)電商抱怨生產(chǎn)無功出力會增加同步發(fā)電機(jī)的損耗，有時甚至?xí)p少他們所能生產(chǎn)與銷售的有功電能數(shù)量。 有些成員可能難以提供部分輔助服務(wù)，或者不能以經(jīng)濟(jì)的方式提供服務(wù)。例如，核電機(jī)組就無法迅速調(diào)整有功出力適應(yīng)負(fù)荷的快速變化。另外，也不能為了獲得備用服務(wù)，強(qiáng)制要求高效率的機(jī)組只帶部分負(fù)荷。,系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),25,5.3.2 輔助服務(wù)市

17、場,強(qiáng)迫行業(yè)成員參與輔助服務(wù)的供應(yīng)是一種缺乏經(jīng)濟(jì)效率的方法，并且也存在實(shí)際操作困難，因此需要建立一套市場供應(yīng)機(jī)制。 市場機(jī)制的實(shí)現(xiàn)形式與輔助服務(wù)的特性有關(guān)： 對于需求量在很長時間內(nèi)基本不變或變化很小的輔助服務(wù)，以及那些供應(yīng)能力主要取決于設(shè)備參數(shù)的輔助服務(wù)，長期合同是一種更為合適的手段。 有些輔助服務(wù)一天之內(nèi)都會產(chǎn)生相當(dāng)大的波動，或者它們的報價數(shù)量與電能市場存在緊密關(guān)聯(lián)，此類輔助服務(wù)則應(yīng)當(dāng)通過現(xiàn)貨市場進(jìn)行交易。,系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),26,輔助服務(wù)市場,與強(qiáng)制供應(yīng)相比，市場機(jī)制是一種更具有靈活性、也更經(jīng)濟(jì)的輔助服務(wù)獲取方法。 不是所有的輔助服務(wù)都適用于市場方法。 例如在輸電網(wǎng)絡(luò)的某些偏遠(yuǎn)部分，可能

18、只有一臺發(fā)電機(jī)能在事故狀態(tài)下提供有效的無功支持服務(wù)。所以無功市場也必須受到嚴(yán)密監(jiān)控，以避免出現(xiàn)濫用巿場力的情況。,系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),27,5.3.3 輔助服務(wù)需求側(cè)響應(yīng),在電力行業(yè)引入競爭以前，垂直一體化公用事業(yè)擁有的發(fā)電機(jī)組實(shí)際上承擔(dān)了所有的輔助服務(wù)供應(yīng)任務(wù)。 但在一個完全競爭的市場上，如果其他供應(yīng)者也能夠提供同樣質(zhì)量的服務(wù)，系統(tǒng)運(yùn)營商將沒有義務(wù)、也沒有動力只選擇發(fā)電商作為輔助服務(wù)供應(yīng)者，他同樣可以選擇用戶提供輔助服務(wù)。,系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),28,輔助服務(wù)需求側(cè)響應(yīng),用戶提供輔助服務(wù)的優(yōu)點(diǎn): 輔助服務(wù)提供者數(shù)目將增多，能促進(jìn)輔助服務(wù)市場的競爭； 從宏觀經(jīng)濟(jì)角度看，用戶提供輔助服務(wù)會增加資源

19、的利用效率。例如，如果能夠利用可中斷負(fù)荷滿足備用需求，預(yù)留作備用的發(fā)電容量可以適當(dāng)減少。 與大型發(fā)電機(jī)組相比，用戶會是更為可靠的輔助服務(wù)供應(yīng)者。需求側(cè)輔助服務(wù)會由數(shù)量眾多的小負(fù)荷用戶分?jǐn)?，所有小?fù)荷同時出現(xiàn)故障的概率要比大型發(fā)電機(jī)小得多，他們不能準(zhǔn)時交付重要輔助服務(wù)的概率非常小。,系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),29,基本內(nèi)容,5.1 簡介,5.2 輔助服務(wù)需求,5.3 輔助服務(wù)的獲取,5.4 輔助服務(wù)的購買,5.5 輔助服務(wù)銷售,5.6 推薦閱讀材料,30,系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),輔助服務(wù)的購買,輔助服務(wù)的目的在于發(fā)生突發(fā)事故時，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。 對于購買輔助服務(wù)要注意的三個問題： 需求確認(rèn)； 集中市

20、場上的電能與備用聯(lián)合優(yōu)化； 成本分?jǐn)?系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),31,5.4.1 需求確認(rèn),理想情況下，為了確定合理的安全水平與輔助服務(wù)購買數(shù)量，系統(tǒng)運(yùn)營商必須進(jìn)行嚴(yán)格的成本效益分析。 當(dāng)新增安全服務(wù)的邊際生產(chǎn)成本恰好等于該安全服務(wù)所能實(shí)現(xiàn)的價值時，系統(tǒng)安全即處于最佳狀態(tài)。 為了幫助系統(tǒng)運(yùn)行人員按照安全標(biāo)準(zhǔn)管理電力系統(tǒng)，確定實(shí)現(xiàn)安全目標(biāo)所需要的輔助服務(wù)數(shù)量，人們還研究出一些非常復(fù)雜的模型與計算工具。,系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),32,5.4.2 集中市場上的電能與備用聯(lián)合優(yōu)化,有些輔助服務(wù)與電能交易、甚至其他服務(wù)之間存在密切的耦合關(guān)系，很難合理地給出它們的購買價格。 現(xiàn)在的處理方式：電能與備用應(yīng)當(dāng)在聯(lián)合市場

21、上進(jìn)行報價交易， 兩種商品市場應(yīng)實(shí)現(xiàn)同時出清，從而實(shí)現(xiàn)電能與備用服務(wù)供應(yīng)總成本的最小化。 由于電能生產(chǎn)與備用服務(wù)供應(yīng)之間存在緊密的聯(lián)系，聯(lián)合優(yōu)化是非常有必要的。,系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),33,聯(lián)合優(yōu)化的影響,部分載荷機(jī)組出售的電能數(shù)量與以前相比會減少； 為了滿足負(fù)荷需求，通常需要調(diào)用其他成本更高的機(jī)組，讓它們提供更多的電能； 提供旋轉(zhuǎn)備用的機(jī)組由于不能滿載發(fā)電，相比之下效率可能會降低，因此需要在電能生產(chǎn)時獲得更多的收入補(bǔ)償。為了滿足備用要求，電能價格可能會增加。 例5-6：說明如何在集中市場上進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化，從而最小化電能生產(chǎn)與輔助服務(wù)供應(yīng)總成本。,系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),34,5.4.3 成本分?jǐn)?系

22、統(tǒng)安全對不同用戶具有不一樣的價值。 例如，與普通居民用戶相比，中斷半導(dǎo)體工廠或造紙廠的供電服務(wù)，他們的損失要大得多，所以有些用戶可能愿意支付更多的錢，從而獲得更高的供電可靠性； 與之對應(yīng)，另一些用戶為了降低自己的供電服務(wù)成本，可能愿意接受可靠性較低的服務(wù)。 為了分?jǐn)側(cè)枯o助服務(wù)成本，需要找到一些指標(biāo)，較好地量度用戶對系統(tǒng)的使用程度。 部分用戶的行為對電力系統(tǒng)安全起著相當(dāng)大的影響。,系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),35,備用成本分?jǐn)倢ο?備用發(fā)電容量的作用在于避免系統(tǒng)負(fù)荷與發(fā)電之間出現(xiàn)較大偏差，從而發(fā)生系統(tǒng)崩潰。 少數(shù)不太可靠的大型發(fā)電機(jī)組會增加系統(tǒng)的運(yùn)行備用需求。市場的優(yōu)化目標(biāo)是在不影響系統(tǒng)安全水平的情況

23、下，最小化備用供應(yīng)成本。 在向各機(jī)組分?jǐn)倐溆梅?wù)費(fèi)用時，最公平的激勵機(jī)制是以機(jī)組對系統(tǒng)備用需求的影響程度為分?jǐn)傊笜?biāo)，發(fā)電商只有提高電能報價才能將備用成本轉(zhuǎn)移給用戶。 與易發(fā)生故障的大型發(fā)電機(jī)組相比，可靠性更高的小型發(fā)電機(jī)組具有更多的競爭優(yōu)勢。,系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),36,自動發(fā)電控制與負(fù)荷跟蹤成本分?jǐn)倢ο?卡比和赫斯特(2000年）分析了電力系統(tǒng)的實(shí)際與典型負(fù)荷跟蹤和自動發(fā)電控制服務(wù)需求。他們引入一套比較合理的方法，實(shí)現(xiàn)了上述服務(wù)需求在工業(yè)用戶與非工業(yè)用戶之間的公平分?jǐn)偂?同是工業(yè)用戶，不同種類的用戶對系統(tǒng)的影響程度也存在相當(dāng)大的差別。 例如，電解鋁廠與造紙廠的負(fù)荷幾乎不隨時間變化，所以它們也就

24、不會影響系統(tǒng)的自動發(fā)電控制與負(fù)荷跟蹤需求。,系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),37,基本內(nèi)容,5.1 簡介,5.2 輔助服務(wù)需求,5.3 輔助服務(wù)的獲取,5.4 輔助服務(wù)的購買,5.5 輔助服務(wù)銷售,5.6 推薦閱讀材料,38,系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),輔助服務(wù)銷售,輔助服務(wù)銷售為發(fā)電公司帶來了一種不同于電能銷售的業(yè)務(wù)機(jī)會。由于技術(shù)約束與成本影響，無法將諸如備用、電壓控制等輔助服務(wù)銷售與電能銷售截然分開。 例如，如果發(fā)電機(jī)要出售旋轉(zhuǎn)備用或無功支持服務(wù)，就必須開機(jī)并且至少提供超過最小發(fā)電出力約束的電力。相反，如果發(fā)電機(jī)組已經(jīng)處于最大出力值，那么它已經(jīng)沒有更多的發(fā)電空間，也就沒有辦法出售備用容量。 減少發(fā)電出力的機(jī)會

25、成本可能會很大，發(fā)電公司有必要對電能與備用服務(wù)銷售進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化。,系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),39,輔助服務(wù)銷售,通過例子說明電能與備用服務(wù)銷售之間的相互影響。 假設(shè)競爭性電力市場上有這樣一臺機(jī)組，它既能銷售電能，又可以出售旋轉(zhuǎn)備用。電能與備用市場都是完全競爭的，該機(jī)組是價格接受者。這也就意味著它的報價對電能與備用服務(wù)的價格均不會有影響，它可以選擇向任何一個市場出售任意數(shù)量的電能或備用。 不考慮機(jī)組啟動成本、最小運(yùn)行時間與最小停機(jī)時間等問題。,系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),40,分析需要用到的符號,p1：電能市場上每兆瓦時電能的價格； p2 ：旋轉(zhuǎn)備用市場上單位容量的價格； x1：發(fā)電商在電能巿場上的電能報價數(shù)

26、量； x2：發(fā)電商在備用市場上的備用報價數(shù)量； Pmin：機(jī)組的最小發(fā)電出力約束； Pmax：機(jī)組的最大發(fā)電出力約束； Rmax：機(jī)組所能提供的備用容量上限； C1（ x1 ）： x1數(shù)量電能的生產(chǎn)成本； C2（ x2 ）： x2數(shù)量電能的生產(chǎn)成本；,系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),41,輔助服務(wù)銷售分析,構(gòu)造成一個有約束優(yōu)化問題。發(fā)電商的經(jīng)營目標(biāo)是通過出售電能與備用，實(shí)現(xiàn)利潤最大化，優(yōu)化問題的目標(biāo)函數(shù)是電能與備用的利潤： f (x1 , x2)= p1 x1 + p2 x2 - C1( x1 )- C2( x2 ) 電能報價與備用報價的數(shù)量之和不能超過機(jī)組的最大出力范圍： x1 + x2 Pmax 機(jī)組

27、不能運(yùn)行在最小發(fā)電出力約束以下： x1 Pmin 機(jī)組的備用服務(wù)申報量不能超過它的實(shí)際供應(yīng)能力： x2 Rmax,系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),42,輔助服務(wù)銷售分析,在給定的優(yōu)化目標(biāo)與約束條件下，得到優(yōu)化問題的拉格朗日函數(shù)： l(x1, x2, m1, m2, m3) = p1x1 + p2x2 C1(x1) C2(x2) + m1(Pmax - x1- x2) + m2(-x1-Pmin) + m3(Rmax -x2) 將拉格朗日函數(shù)對決策變量求偏導(dǎo)，并令其等于零得最優(yōu)條件： (1) (2),系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),43,輔助服務(wù)銷售分析,最優(yōu)解還要滿足如下約束： (3) (4) (5) 同時要滿足補(bǔ)充

28、松弛條件： m1 (Pmax- x1- x2) =0 (6) m2 (x1-Pmin) =0 (7) m3 (Rmax-x2) =0； (8) m1 0； m2 0； m3 0 (9),系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),44,輔助服務(wù)銷售分析,無論不等式約束起作用或不起作用，它們均應(yīng)當(dāng)滿足松弛條件。 如果約束起作用，那么它就變成等式約束，此時它所對應(yīng)的拉格朗日乘子即為該約束的邊際或影子成本，起作用的不等式約束對應(yīng)的拉格朗日乘子必定為正數(shù)。 沒有起作用的不等式約束不會對與最優(yōu)解對應(yīng)的生產(chǎn)成本有任何影響，所以它的拉格朗日乘子為0。,系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),45,8種可能組合,上面9個式子給出了求解問題最優(yōu)解的必要且充分條件，它們通常稱為Karush Kuhn Tucker(KKT)條件。KKT條件并不能直接告訴是哪些不等式約束起作用了。 8種可能的組合： 組合1： m1=0, m2=0, m3=0 此時所有的拉格朗日乘子都為0，沒有約束起作用，等式(1)、(2)可簡化為： 發(fā)電機(jī)組的電能供應(yīng)量與備用供應(yīng)量會處于它們各自的邊際成本與市場價格相等這一點(diǎn)上。此時電能巿場與備用市場間不存在聯(lián)系，相當(dāng)于在完全競爭的市場上進(jìn)行電能與備用銷售。,系統(tǒng)安全與輔助服務(wù),46,8種可能組合,組合2： m10, m2=0, m3=0 此時，電能與備用的總供應(yīng)量恰好達(dá)到發(fā)電容量上限： x1 + x2